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基于FPGA的可调参数FIR滤波器系统设计(6)

时间:2017-03-16 20:42来源:毕业论文
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。加电


FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中,配置完成后,FPGA进入工作状态。掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失,因此,FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器,只须用通用的EPROM,  PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时,只需换一片EPROM即可。这样,同一片FPGA,不同的编程数据,可以产生不同的电路功能。因此,FPGA的使用非常灵活。FPGA有多种配置模式:并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式;主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA;串行模式可以采用串行PROM编程FPGA。
FPGA模块是滤波系统的核心,承载了所有的数字电路部分。在设计过程中,强调片上系统的概念,在FPGA平台上实现了系统中所需要的所有数字逻辑,包括加法器、乘法器、缓冲器、PLL(Phase-locked Loop,锁相环)、USB接口逻辑等。从而使得系统中的数字部分处于完全可编程可调状态,只需根据需求更新FPGA程序即可,具有较强的适应性和灵活性。
3.1.1  FPGA芯片选型
Altera公司Cyclone系列FPGA是目前市场上性价比最优且价格最低的FPGA o  Cyclone器件具有为大批量价格敏感应用优化的功能集,这些应用市场包括消费类、工业类、汽车业、计算机和通信类。器件基于成本优化的全铜1.5VSRAM工艺,容量从2910至20060个逻辑单元不等,具有多达294912bit嵌入RAM。除此之外,Cyclone系列的FPGA还集成了许多复杂的功能。    
Cyclone系列FPGA提供了全功能的锁相环(PLL),用于板级的十种网络管理和中庸的I/O接口,这些接口用于连接业界表中的外部存储器器件。这些特性使得FPGA系列成为ASIC最灵活和最合算的替代方案。Cyclone系列共包括了5种型号的FPGA,各自性能特征见表3-1所示。
结合系统需要,设计中采用了该系列的EP1C6器件EP1C6Q240C8。  

表3-1 Cyclone FPGA 系列产品性能
特性    EP1C3    EP1C4    EP1C6    EP1C12    EP1C20
逻辑单元(LE)    2910    4000    5980    12060    20060
M4K  RAM
(4kbit+奇偶校验)    13    17    20    52    64
RAM总量    59904    78336    92160    239616    294912
PLLs    1    2    2    2    2
最大用户I/O数    104    301    185    249    301
差分通道    34    129    72    103    129
EP1C6Q240C8还具有如下特性:
(1)内核工作电压为1.5V;
(2)片上的锁相环电路可以提供输入时钟的1~32分频或倍频、156~417ps移相或可变占空比的时钟输出,输出时钟信号的特性可直接在开发软件里设定。经过锁相环输出的时钟信号既可以作为内部的全局时钟,也可以输出到片外供其它电路使用;
(3)多功能的I/O结构支持差分和单端输入,并与3.3V,32位、66MHz的PCI局部总线兼容,输出可以根据需要调整驱动能力,并具有三态缓冲、总线状态保持等功能;
(4)整个器件的I/O引脚分为四个区,每一个区可以独立采用不同的输入电压,并可提供不同电压等级的输出。
3.1.2  FPGA外围电路设计
FPGA外围电路连接如图3-2所示。晶振提供48MHz的主时钟,经过FPGA内部的PLL和VHDL编程实现时钟的转换,为系统提供工作时钟;JTAG口,用来在程序调试阶段通过下载电缆配置FPGA芯片;串行FPGA配置芯片EPCS4,用来在程序调试无误后用把程序固化到配置芯片中,使系统上电即可工作;与USB控制器连接,实现与计算机的通讯;由于外部电源提供的电压为5 V,而FPGA的I/O工作电压为3.3V,因此设计了电压转换电路,实现从5V到3.3 V的电压转换。采用的电压转换芯片为LT1587CM-3.3,电路连接如图3-3所示。在设计时,电路中加入了2Amax的保险丝,以防止电流过大而烧坏电路;另外,外部配有3.3V转1.5V电压转换电路,如图3-4所示,提供FPGA内核工作电压。 基于FPGA的可调参数FIR滤波器系统设计(6):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_4145.html
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